实验28音频信号光纤传输技术.PDF

实验 28 音频信号光纤传输技术 最早提出纤维光电子学概念的人是英国物理学家约翰·丁达尔（John Tyndall ）。丁达 尔在 1870 年发现光可以随着水流进入一个容器中，然而，直到第二次世界大战前这—发现 未得到应用。1966 年英国标准通信实验室的高琨（C ．Kao ）提出，只要将玻璃中的杂质提 纯使其传输损耗降低到 20dB ／km 以下，玻璃纤维可以作为光信息的传输介质。从那时开 始，光学传输技术得到迅速发展，并成为一门重要的新技术。各种新型光纤、光连接器光 发射器件以及相应的电子学器件相继问世，到 1980 年，在世界范围内就建立起了实用且经 济可行的光纤通信系统。现在光纤通信已成为全球电信和数据通信网的支柱。 光纤是光学纤维的简称，是一种能传输光波的介质波导。光纤由纤芯和包层组成，其 基本结构如图 4-28-l 所示，芯和包层是同轴圆柱体，包层有一定厚度。芯的折射率为 n ， 1 包层的折射率为 n2 ，为了限制光只在光纤芯区传输，必须满足n1 n2 的条件。 为了保护光纤，通常还将光纤制成单芯或多芯的光缆，用保护套包裹光纤。在光缆中 还要加入抗张力的钢丝或强力塑料芯，以提高其抗张力强度。 图 4-28-1 光纤基本结构 光纤通信是光纤应用的一个重要领域。在通信网中采用光纤的优点是光纤具有极大的 传输信息的能力。因为通信容量与载波的工作频率有关，光波频率可达 1014Hz ，比通常无 4 5 4 5 线电通信用的微波频率高 10 ~10 倍，所以其通信容量比微波要高 10 ~10 倍。另外，光纤 还可以使通信双方完全电隔离，这可以使通信设备的雷 电保护接地 网的设计和安装十分简 单。 图 4-28-2 是一个光纤通信系统示意图。在发射端直接把信号调制到光波上，将电信号 变换为光信号，然后将已调制的光波送入光缆中传输，在接收端将光信号还原成电信号。 整个过程与一般无线电通信过程十分相似 。在光纤与发射机、光纤与接受机之间装有耦合 器，当传输距离较长时，还需用连接器把两根光纤连接起来 。 ·224 · 图 4-28-2 光纤通信系统的基本组成 光纤通信中的调制方式如图 4-28-3 所示。光纤通信使用的光波段在 0.8~1.6 µ m 。 【预习提要】 （1）光纤通信的原理及特点。 （2 ）怎样将电信号变成光信号?又怎样将光信号变成电信号? （3 ）了解发射端和接受端所用二极管的结构和特点。 （4 ）明确实验内容，了解实验中所用仪器及其使用方法 。 图 4-28-3 光信号的调制、传输和解调 【实验要求】 （1）了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则。 （2 ）熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性 的测试方法。 （3 ）学习分析音频信号集成运放 电路的基本方法 。 （4 ）训练音频信号光纤传输系统的调试技术。 【实验目的】 观测音频信号的光纤传输。 【实验器材】 音频信号光纤传输技术实验仪，光功率计，音频信号发生器，双踪示波器，数字万用 表，喇叭和收音机 （或单放机 ）。 ·225 · 【实验原理】 （一）系统的组成 音频信号直接光强调制光纤传输系统的原理如图 4-28-4 所示，它主要包括 由半导体发 光二极管 LED 及其调制、驱动 电路组成的光信号发生器、传输光纤和由硅光电二极管 SPD、 前置 电路和功放 电路组成的光信号接收器三个部分。组成该系统时光源 LED 的发光中心波 长必须在传输光纤呈现低损耗的 0.85 µ m 、1.3µ m 或 1.6µ tm 附近，光电检测器件 SPD